碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂及其制备方法和应用，解决了现有技术中锰氧化物催化剂的晶相复杂、制备方法工艺复杂、难以制备晶型纯度较高的δ

【技术实现步骤摘要】
碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及VOCs催化剂的
，具体而言，涉及碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)已经成为引起臭氧污染、光化学烟雾等大气污染的重要前体物质，长期处于一定浓度的VOCs环境中，会对人体造成多种无法逆转的损害，严重威胁人体健康。
[0003]催化燃烧技术被广泛认为是一种绿色高效的VOCs处理技术。催化剂是催化燃烧技术的核心，开发高效、低成本的催化剂是该技术应用推广的核心和关键。得益于丰富的矿产资源以及独特的电子结构，锰氧化物催化剂(如Mn2O3、Mn3O4、MnO2和MnO)在催化燃烧处理VOCs过程中表现出了优异的催化能力，被认为是VOCs降解中最有前途的非贵金属催化剂之一。因此，进一步提高锰氧化物催化剂对VOCs的催化降解能力，能够极大地促进催化燃烧技术的发展，并对VOCs的有效治理具有长远的意义。
[0004]在众多锰氧化物中，MnO2由于其晶体类型繁多，在催化反应过程中表现出良好的低温还原性及氧物种活性，而成为近年来的研究热点。MnO2在结构方面会受到其晶格结构和晶胞参数的影响，从而表现出不同的几何形态，进一步影响其理化特性。
[0005]MnO2的结构单元为[MnO6]八面体，通过共角或共边的形式构成各种隧道和层状结构。在自然界中，MnO2晶体的六种主要类型(
ɑ
‑/>MnO2、β
‑
MnO2、γ
‑
MnO2、ε
‑
MnO2、λ
‑
MnO2、δ
‑
MnO2)可分别分为一维隧道结构、二维层状结构和三维网格结构三类。其中，
ɑ
‑
MnO2、β
‑
MnO2和γ
‑
MnO2分别具有一维的(1
×
1)(2
×
2)、(1
×
1)和(1
×
1)(1
×
2)隧道结构；ε
‑
MnO2与γ
‑
MnO2的结构比较相似，但是其锰点阵高度无序，隧道形状不规则；δ
‑
MnO2具有由[MnO6]八面体形成的二维层状结构；λ
‑
MnO2是一种典型的尖晶石结构，具有三维的(1
×
1)隧道结构。
[0006]在δ
‑
MnO2的晶胞中，锰原子占据锰氧化物八面体的空穴，氧原子呈紧密的六边形排列，使锰矿八面体[MnO6]形成二维无限层；δ
‑
MnO2属于典型的单斜晶系，层间距较大，可容纳水分子、金属阳离子等物质。因此，δ
‑
MnO2在催化燃烧处理VOCs过程中更容易表现出了优于其它晶型MnO2的催化能力。不同的制备方法可能制备出不同晶型结构的MnO2催化剂，从而影响催化剂的理化性质和催化活性。但是，现有技术的制备方法不仅工艺复杂，而且制备得到的锰氧化物催化剂通常含有复杂的晶相组成，难以制备晶型纯度较高的δ
‑
MnO2，这导致δ
‑
MnO2在催化燃烧去除VOCs的应用中受限。
[0007]催化剂掺杂一定量的其他金属元素，可明显改善催化剂的结构性质，提高催化剂的催化活性和稳定性。但是，在现有金属掺杂MnO2改性的研究中，大部分使用过渡金属元素进行掺杂，利用碱土金属掺杂MnO2的相关研究较少，更无将碱土金属掺杂于δ
‑
MnO2中的研究。

技术实现思路

[0008]第一方面，本专利技术的目的在于提供碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，以解决现有技术中锰氧化物催化剂的晶相复杂的技术问题。
[0009]为了实现上述第一方面的目的，本专利技术提供了碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，技术方案如下：
[0010]碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，包括δ
‑
MnO2和掺杂在δ
‑
MnO2中的碱土金属元素。
[0011]作为本
技术实现思路
第一方面的进一步改进，比表面积为31.72～118.26m2/g，孔容为0.16～0.39cm3/g，平均孔径为9.33～29.71nm；摩尔比：Mn
4+
/Mn
3+
为0.62～0.77，O
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/O
latt
为0.445～0.511。
[0012]作为本
技术实现思路
第一方面的进一步改进，所述碱土金属元素为镁、锶、钡中的任意几种。
[0013]第二方面，本专利技术的目的在于提供碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂的制备方法，以解决现有技术中的制备方法工艺复杂以及难以制备晶型纯度较高的δ
‑
MnO2的技术问题。
[0014]为了实现上述第二方面的目的，本专利技术提供了碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂的制备方法，技术方案如下：
[0015]碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)获取第一溶液、第二溶液和第三溶液，第一溶液包括锰盐和碱土金属的盐，第二溶液包括碱和氧化剂，第三溶液包括碱；
[0017](2)将第一溶液和第二溶液混合，然后固液分离和洗涤，得到沉淀；
[0018](3)将沉淀与第三溶液混合，然后进行水热反应，然后固液分离和洗涤，得到前驱体；
[0019](4)对前驱体进行热处理，得到碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂。
[0020]作为本
技术实现思路
第二方面的进一步改进，所述锰盐和碱土金属的盐具有相同的阴离子，所述的阴离子优选为NO3‑
、SO
42
‑
或Cl
‑
；并且/或者，碱土金属元素与锰元素的摩尔比为(0.01～0.1)：1。
[0021]作为本
技术实现思路
第二方面的进一步改进，所述氧化剂为过氧化氢；并且/或者，所述第二溶液和第三溶液具有相同的碱，所述碱优选为氢氧化钠；第三溶液的浓度优选为1～3mol/L。
[0022]作为本
技术实现思路
第二方面的进一步改进，所述水热反应温度为110～200℃，水热时间为18～30h。
[0023]作为本
技术实现思路
第二方面的进一步改进，所述热处理温度为110～200℃，热处理时间为9～15h。
[0024]作为本
技术实现思路
第二方面的进一步改进，所述煅烧处理温度为250～350℃，煅烧处理时间为2～6h。
[0025]第三方面，本专利技术的目的在于提供催化燃烧去除VOCs的方法，以解决现有技术中δ
‑
MnO2在催化燃烧去除VOCs的应用中受限的技术问题。
[0026]为了实现上述第三方面的目的，本专利技术提供了催化燃烧去除VOCs的方法，技术方
案如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，其特征在于：包括δ
‑
MnO2和掺杂在δ
‑
MnO2中的碱土金属元素。2.如权利要求1所述的碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，其特征在于：比表面积为31.72～118.26m2/g，孔容为0.16～0.39cm3/g，平均孔径为9.33～29.71nm；摩尔比：Mn
4+
/Mn
3+
为0.62～0.77，O
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/O
latt
为0.445～0.511。3.如权利要求1所述的碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂，其特征在于：所述碱土金属元素为镁、锶、钡中的任意几种。4.碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)获取第一溶液、第二溶液和第三溶液，第一溶液包括锰盐和碱土金属的盐，第二溶液包括碱和氧化剂，第三溶液包括碱；(2)将第一溶液和第二溶液混合，然后固液分离和洗涤，得到沉淀；(3)将沉淀与第三溶液混合，然后进行水热反应，然后固液分离和洗涤，得到前驱体；(4)对前驱体进行热处理；(5)对前驱体进行煅烧处理，得到碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂。5.如权利要求4所述的碱土金属掺杂层状二氧化锰VOCs催化剂的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇军，张露月，方雪，岑望来，郭家秀，楚英豪，李建军，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：